開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)1SRD系統(tǒng)的一些應(yīng)用SRD系統(tǒng)的一些應(yīng)用2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件4SR電動(dòng)機(jī)動(dòng)作原理圖

SR電動(dòng)機(jī)動(dòng)作原理圖5

某三相SR電動(dòng)機(jī)典型功率變換器主電路某三相SR電動(dòng)機(jī)典型功率變換器主電6

某典型控制器硬件電路原理框圖某典7形象的說(shuō)，SRD系統(tǒng)的幾大部分，控制器好比人的大腦，功率變換器與電動(dòng)機(jī)一起相當(dāng)于人的四肢，人勞動(dòng)需要能量（電源），勞動(dòng)之前需要一定的計(jì)劃、要求（轉(zhuǎn)速給定），勞動(dòng)的對(duì)象即負(fù)載。檢測(cè)單元由位置檢測(cè)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成，提供轉(zhuǎn)子的位置信息從而確定各相繞組的開(kāi)通與關(guān)斷，一般在電機(jī)內(nèi)部會(huì)有幾只判斷轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置的傳感器，位置傳感器的目的在于確定開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，即要用絕對(duì)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，然后位置信號(hào)反饋至邏輯控制電路，以確定對(duì)應(yīng)相繞組的通斷；通過(guò)電流傳感器提供電流信息給控制器，來(lái)完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過(guò)電流。形象的說(shuō)，SRD系統(tǒng)的幾大部分，控制器好比人的大腦，8SRD系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的比較

SRD系統(tǒng)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的主要差別SRD系統(tǒng)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)子位置反饋信號(hào)運(yùn)行于自同步狀態(tài)，相繞組電流導(dǎo)通時(shí)刻與轉(zhuǎn)子位置有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并且繞組電流波形的前后沿可以分別獨(dú)立控制，即電流脈沖寬度可以任意調(diào)節(jié)。多用于功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)效率指標(biāo)要求很高，功率等級(jí)至少可達(dá)到數(shù)百千瓦，甚至數(shù)千千瓦，并可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，無(wú)轉(zhuǎn)子位置反饋。多用于伺服控制系統(tǒng)，對(duì)步距精度要求很高，對(duì)效率指標(biāo)要求不嚴(yán)格，只作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行?？煽貐?shù)多，既可調(diào)節(jié)主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通角和關(guān)斷角，也可采用調(diào)壓或限流斬波控制一般只通過(guò)調(diào)節(jié)電源步進(jìn)脈沖的頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速SRD系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的比較SRD系統(tǒng)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)9SR電機(jī)與反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)的主要差別SR電機(jī)反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)定子為齒、槽均勻分布的光滑內(nèi)腔定子繞組是集中繞組定子嵌有多相繞組，近似正弦分布勵(lì)磁是順序施加在各相繞組上的電流脈沖勵(lì)磁是一組多相平衡的正弦波電流各相勵(lì)磁隨轉(zhuǎn)子位置作三角波或梯形波變化，不隨電流改變各相自感隨轉(zhuǎn)子位置作正弦變化，不隨電流改變SR電機(jī)與反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)的主要差別SR10

同功率（7.5kw）SRD系統(tǒng)與異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能比較性能參數(shù)SR電動(dòng)機(jī)普通異步電動(dòng)機(jī)高效率異步電動(dòng)機(jī)定子直徑（mm）205221221鐵心長(zhǎng)度（mm）17995140轉(zhuǎn)矩/定子體積（kN·m/m）8.6811.27.56轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kN·m/kg·m）3.741.591.07轉(zhuǎn)矩/電磁重量（N·m/kg）1.431.521.02轉(zhuǎn)矩/銅重（N·m/kg）6.937.725.93電動(dòng)機(jī)效率（％）88.385.089.8系統(tǒng)效率（％）85.7————峰值伏安容量（kVA/kW）11.211.410.4有效值伏安容量（kVA/kW）5.504.744.26同功率（7.5kw）SRD系統(tǒng)與異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能比較SR11SRD系統(tǒng)與直流和PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)性能比較系統(tǒng)類(lèi)型比較項(xiàng)目直流系統(tǒng)PWM變頻系統(tǒng)SRD系統(tǒng)成本1.01.51.0效率％額定轉(zhuǎn)速7677831/2額定轉(zhuǎn)速656580電動(dòng)機(jī)容量/體積1.00.9>1.0控制能力1.00.50.9控制電路復(fù)雜性1.01.81.2可靠性1.60.91.1噪聲/dB657272SRD系統(tǒng)與直流和PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)性能比較直流系統(tǒng)PWM變128.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方式SRD系統(tǒng)的控制方式是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如何通過(guò)一定的控制參數(shù)進(jìn)行電機(jī)的控制，使得電動(dòng)機(jī)達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)矩值等運(yùn)行工況，并保持較高的效率。和大多數(shù)其他電動(dòng)機(jī)不同，SRD系統(tǒng)中，可以說(shuō)，沒(méi)有控制就沒(méi)有SR電機(jī)，因?yàn)闆](méi)有對(duì)電機(jī)繞組通電順序的選擇與控制，電機(jī)是不會(huì)運(yùn)行的，不像其他電機(jī)，即使沒(méi)有控制裝置，電機(jī)是可以啟動(dòng)運(yùn)行的，只不過(guò)其運(yùn)行的方式一般比較單一，可控性差而已。8.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方式SRD系統(tǒng)的控制方式是13定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置及相繞組電感曲線(xiàn)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置及相繞組電感曲線(xiàn)14上式表明，電源電壓與電路中三部分電壓降相平衡。其中，等式右端第一項(xiàng)為K相回路中電阻的壓降；第二項(xiàng)是由電流變化引起磁鏈變化而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，所以稱(chēng)為變壓器電動(dòng)勢(shì)；第三項(xiàng)是由轉(zhuǎn)子位置改變引起繞組中磁鏈變化而感應(yīng)得電動(dòng)勢(shì)，所以稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)電勢(shì)，它直接影響機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。數(shù)學(xué)模型：（電壓方程）上式表明，電源電壓與電路中三部分電壓降相平衡。其中，等15

SR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性SR電16

CCC方式下的斬波電流波形CCC方式17

角度位置控制時(shí)相電流波形角度位置控制時(shí)相電流波形18不同開(kāi)通角下的相電流波形不同開(kāi)通角下的相電19

電壓PWM控制時(shí)的相電流波形電壓PWM控制時(shí)的相電流波形20基于模糊控制算法的系統(tǒng)控制方式基于模糊控制算法的系統(tǒng)控制方式218.3SRD系統(tǒng)功率變換器功率變換器是SR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需能量的供給者，也是電機(jī)繞組通斷指令的執(zhí)行者。SR電動(dòng)機(jī)的功率變換器相當(dāng)于PWM變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的變頻器一樣，在調(diào)速系統(tǒng)中占有重要地位，功率變換器設(shè)計(jì)是提高SRD系統(tǒng)性能價(jià)格比的關(guān)鍵之一。由于SR電動(dòng)機(jī)工作電壓、電流波形并非正弦波，且波形受系統(tǒng)運(yùn)行條件及電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的制約，變化很大，難以準(zhǔn)確預(yù)料，因此，SR電動(dòng)機(jī)功率變換器的設(shè)計(jì)是與SR電動(dòng)機(jī)、控制器的設(shè)計(jì)密切相關(guān)的。SRD系統(tǒng)的功率變換器主要由主開(kāi)關(guān)器件及其主電路、主開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、穩(wěn)壓電源電路等組成。8.3SRD系統(tǒng)功率變換器功率變換器是S22

最少主開(kāi)關(guān)型主電路最少主開(kāi)關(guān)23SRD功率變換器設(shè)計(jì)實(shí)例1.設(shè)計(jì)依據(jù)與原則給定SRD原始數(shù)據(jù)如下：定轉(zhuǎn)子極數(shù)比：8/6（四相）額定電壓：260V（DC）額定轉(zhuǎn)速：1500r/min額定功率：5.5KW控制方式：變角度電壓PWM斬波控制調(diào)速范圍：50－2000r/minSRD功率變換器設(shè)計(jì)實(shí)例24

系統(tǒng)功率變換器實(shí)用主電路系統(tǒng)功率變換器實(shí)用主電路25驅(qū)動(dòng)集成電路----EXB841應(yīng)用電路驅(qū)動(dòng)集成電路----E268.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器

控制器好比SRD系統(tǒng)的神經(jīng)中樞、大腦，它接收電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、繞組電流信號(hào)、外圍給定信號(hào)，給出電機(jī)每相繞組的通斷信號(hào)，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速等。8.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器控制器好比SRD27控制器框圖控制器框圖28中央處理芯片一般采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)，TMS320LF2XXX系列的DSP為當(dāng)前的主要款型，從上圖這個(gè)典型控制器原理控制可以看出，DSP負(fù)責(zé)判斷轉(zhuǎn)子的位置信息，并綜合各種保護(hù)信號(hào)和給定信息、轉(zhuǎn)速情況，給出相通斷信號(hào),以及產(chǎn)生一路定頻調(diào)寬的PWM信號(hào)以利于使用PWM控制方式。最后通過(guò)邏輯綜合將信號(hào)傳遞給功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，以便通過(guò)主開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)進(jìn)行電機(jī)繞組的通斷控制。中央處理芯片一般采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)，TM29電流限幅電路電流限幅電路30角度位置信號(hào)倍頻電路角度位置信號(hào)倍頻電路31PWM調(diào)理電路PWM調(diào)理電路32PWMPWM1PWM2PWMPWM1PWM233欠壓保護(hù)電路欠壓保護(hù)電路34

GAL邏輯綜合電路GAL邏輯35對(duì)于U1，輸入信號(hào)PHASE1-6為從DSPI/O口輸出的相通斷信號(hào)，它與經(jīng)過(guò)PWM調(diào)理后的PWM1、PWM2，以及限幅電路的輸出CHOPIA、CHOPIB，經(jīng)GAL邏輯綜合，得到六路針對(duì)六只主開(kāi)關(guān)管的通斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其邏輯關(guān)系如下：DRIVE1=PHASE1*PWM2DRIVE2=PWM1*CHOPIA*PHASE2+PWM1*CHOPIB*PHASE2DRIVE3=PHASE3*PWM2DRIVE4=PHASE4*PWM2DRIVE5=PWM1*CHOPIA*PHASE5+PWM1*CHOPIB*PHASE5DRIVE6=PHASE6*PWM2U2分為兩部分，一是S1、S2兩路轉(zhuǎn)子位置信號(hào)經(jīng)過(guò)異或邏輯后產(chǎn)生一路S信號(hào)，如圖8.32，此S信號(hào)再經(jīng)倍頻電路后用于角度位置控制的時(shí)基。二是DSP的兩路輸出引腳，/PS和/DS，他們是外擴(kuò)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片選，他們經(jīng)過(guò)“與”后給外擴(kuò)存儲(chǔ)器的片選引腳。他們的邏輯關(guān)系如下：S=S1*/S2+/S1*S2/CS=/PS*/DS對(duì)于U1，輸入信號(hào)PHASE1-6為從DSPI36SRD系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)按照采用DSP（TMS320F240）C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的方法，增加了程序的可讀性和移植性。對(duì)于本系統(tǒng)而言，控制軟件應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求：1)系統(tǒng)采用模糊控制，輸出為變角度的電壓PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；2)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)雙相繞組同時(shí)通電啟動(dòng)與運(yùn)行；3)能夠接收、判斷外部的故障信號(hào)和保護(hù)信號(hào)并且采取相應(yīng)的保護(hù)措施。程序主要利用TMS320F240的事件管理模塊、I/O模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊等。軟件程序主要組成模塊有：主程序、捕獲中斷程序、測(cè)速子程序、運(yùn)行子程序、相判斷子程序、模糊調(diào)速子程序、通用定時(shí)器2周期中斷子程序等。SRD系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件程序主要組成模塊有：主程37

主程序流程主程序流程38

運(yùn)行子程序流程圖運(yùn)行子程序流程圖39

相通斷角計(jì)算子程序流程圖相通斷角計(jì)算子40捕獲中斷子程序流程圖捕獲中斷子程序流程圖41通用定時(shí)器2周期中斷子程序流程圖通用定時(shí)器2周期中斷子程序流程圖428.5開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)（SwitchedReluctanceGenerator，簡(jiǎn)稱(chēng)SRG）SR電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行也非常有特色，目前以美國(guó)GE（通用電氣）公司為代表的航空電氣界，從上世紀(jì)八十年代后期對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)作為航空起動(dòng)/發(fā)電機(jī)開(kāi)始可行性探索，單機(jī)功率最大達(dá)到250KW，輸出電壓為270V，其電壓品質(zhì)滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；由美國(guó)著名軍火公司――洛克·馬丁公司研制的美國(guó)空軍新一代聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)，機(jī)上也采用了80KW（270VDC）的開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)/發(fā)電機(jī)。近些年來(lái)，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)也開(kāi)始受到重視，有一定的應(yīng)用實(shí)踐。8.5開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)（SwitchedReluctanc43與其它發(fā)電機(jī)相比，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

其定、轉(zhuǎn)子均為簡(jiǎn)單的疊片式雙凸極結(jié)構(gòu)，定子上繞有集中繞組，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組及永磁體；

(2)

容錯(cuò)能力強(qiáng)

無(wú)論從物理方面還是從電磁方面來(lái)講，電機(jī)定子各相繞組間都是相互獨(dú)立的，因而在一相甚至兩相故障的情況下，仍然能有一定功率的電能輸出；

(3)

可以作成很高轉(zhuǎn)速的發(fā)電裝置，從而達(dá)到很高的能量流密度。與其它發(fā)電機(jī)相比，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(44開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)模式示意圖開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)模式示意圖45a勵(lì)磁階段電流流向b發(fā)電階段電流流向SRG電路工作示意圖a勵(lì)磁階段電流流向b發(fā)電階段電流流向SRG電路工作示意圖46

SRG系統(tǒng)的一般構(gòu)成SRG系統(tǒng)的一般構(gòu)成47結(jié)束結(jié)束48開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件49開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件50開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件51開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)52SRD系統(tǒng)的一些應(yīng)用SRD系統(tǒng)的一些應(yīng)用53開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件54開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)課件55SR電動(dòng)機(jī)動(dòng)作原理圖

SR電動(dòng)機(jī)動(dòng)作原理圖56

某三相SR電動(dòng)機(jī)典型功率變換器主電路某三相SR電動(dòng)機(jī)典型功率變換器主電57

某典型控制器硬件電路原理框圖某典58形象的說(shuō)，SRD系統(tǒng)的幾大部分，控制器好比人的大腦，功率變換器與電動(dòng)機(jī)一起相當(dāng)于人的四肢，人勞動(dòng)需要能量（電源），勞動(dòng)之前需要一定的計(jì)劃、要求（轉(zhuǎn)速給定），勞動(dòng)的對(duì)象即負(fù)載。檢測(cè)單元由位置檢測(cè)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成，提供轉(zhuǎn)子的位置信息從而確定各相繞組的開(kāi)通與關(guān)斷，一般在電機(jī)內(nèi)部會(huì)有幾只判斷轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置的傳感器，位置傳感器的目的在于確定開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，即要用絕對(duì)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，然后位置信號(hào)反饋至邏輯控制電路，以確定對(duì)應(yīng)相繞組的通斷；通過(guò)電流傳感器提供電流信息給控制器，來(lái)完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過(guò)電流。形象的說(shuō)，SRD系統(tǒng)的幾大部分，控制器好比人的大腦，59SRD系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的比較

SRD系統(tǒng)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的主要差別SRD系統(tǒng)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)子位置反饋信號(hào)運(yùn)行于自同步狀態(tài)，相繞組電流導(dǎo)通時(shí)刻與轉(zhuǎn)子位置有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并且繞組電流波形的前后沿可以分別獨(dú)立控制，即電流脈沖寬度可以任意調(diào)節(jié)。多用于功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)效率指標(biāo)要求很高，功率等級(jí)至少可達(dá)到數(shù)百千瓦，甚至數(shù)千千瓦，并可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，無(wú)轉(zhuǎn)子位置反饋。多用于伺服控制系統(tǒng)，對(duì)步距精度要求很高，對(duì)效率指標(biāo)要求不嚴(yán)格，只作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行?？煽貐?shù)多，既可調(diào)節(jié)主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通角和關(guān)斷角，也可采用調(diào)壓或限流斬波控制一般只通過(guò)調(diào)節(jié)電源步進(jìn)脈沖的頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速SRD系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的比較SRD系統(tǒng)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)60SR電機(jī)與反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)的主要差別SR電機(jī)反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)定子為齒、槽均勻分布的光滑內(nèi)腔定子繞組是集中繞組定子嵌有多相繞組，近似正弦分布勵(lì)磁是順序施加在各相繞組上的電流脈沖勵(lì)磁是一組多相平衡的正弦波電流各相勵(lì)磁隨轉(zhuǎn)子位置作三角波或梯形波變化，不隨電流改變各相自感隨轉(zhuǎn)子位置作正弦變化，不隨電流改變SR電機(jī)與反應(yīng)式同步磁阻電機(jī)的主要差別SR61

同功率（7.5kw）SRD系統(tǒng)與異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能比較性能參數(shù)SR電動(dòng)機(jī)普通異步電動(dòng)機(jī)高效率異步電動(dòng)機(jī)定子直徑（mm）205221221鐵心長(zhǎng)度（mm）17995140轉(zhuǎn)矩/定子體積（kN·m/m）8.6811.27.56轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kN·m/kg·m）3.741.591.07轉(zhuǎn)矩/電磁重量（N·m/kg）1.431.521.02轉(zhuǎn)矩/銅重（N·m/kg）6.937.725.93電動(dòng)機(jī)效率（％）88.385.089.8系統(tǒng)效率（％）85.7————峰值伏安容量（kVA/kW）11.211.410.4有效值伏安容量（kVA/kW）5.504.744.26同功率（7.5kw）SRD系統(tǒng)與異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能比較SR62SRD系統(tǒng)與直流和PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)性能比較系統(tǒng)類(lèi)型比較項(xiàng)目直流系統(tǒng)PWM變頻系統(tǒng)SRD系統(tǒng)成本1.01.51.0效率％額定轉(zhuǎn)速7677831/2額定轉(zhuǎn)速656580電動(dòng)機(jī)容量/體積1.00.9>1.0控制能力1.00.50.9控制電路復(fù)雜性1.01.81.2可靠性1.60.91.1噪聲/dB657272SRD系統(tǒng)與直流和PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)性能比較直流系統(tǒng)PWM變638.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方式SRD系統(tǒng)的控制方式是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如何通過(guò)一定的控制參數(shù)進(jìn)行電機(jī)的控制，使得電動(dòng)機(jī)達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)矩值等運(yùn)行工況，并保持較高的效率。和大多數(shù)其他電動(dòng)機(jī)不同，SRD系統(tǒng)中，可以說(shuō)，沒(méi)有控制就沒(méi)有SR電機(jī)，因?yàn)闆](méi)有對(duì)電機(jī)繞組通電順序的選擇與控制，電機(jī)是不會(huì)運(yùn)行的，不像其他電機(jī)，即使沒(méi)有控制裝置，電機(jī)是可以啟動(dòng)運(yùn)行的，只不過(guò)其運(yùn)行的方式一般比較單一，可控性差而已。8.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方式SRD系統(tǒng)的控制方式是64定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置及相繞組電感曲線(xiàn)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置及相繞組電感曲線(xiàn)65上式表明，電源電壓與電路中三部分電壓降相平衡。其中，等式右端第一項(xiàng)為K相回路中電阻的壓降；第二項(xiàng)是由電流變化引起磁鏈變化而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，所以稱(chēng)為變壓器電動(dòng)勢(shì)；第三項(xiàng)是由轉(zhuǎn)子位置改變引起繞組中磁鏈變化而感應(yīng)得電動(dòng)勢(shì)，所以稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)電勢(shì)，它直接影響機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。數(shù)學(xué)模型：（電壓方程）上式表明，電源電壓與電路中三部分電壓降相平衡。其中，等66

SR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性SR電67

CCC方式下的斬波電流波形CCC方式68

角度位置控制時(shí)相電流波形角度位置控制時(shí)相電流波形69不同開(kāi)通角下的相電流波形不同開(kāi)通角下的相電70

電壓PWM控制時(shí)的相電流波形電壓PWM控制時(shí)的相電流波形71基于模糊控制算法的系統(tǒng)控制方式基于模糊控制算法的系統(tǒng)控制方式728.3SRD系統(tǒng)功率變換器功率變換器是SR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需能量的供給者，也是電機(jī)繞組通斷指令的執(zhí)行者。SR電動(dòng)機(jī)的功率變換器相當(dāng)于PWM變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的變頻器一樣，在調(diào)速系統(tǒng)中占有重要地位，功率變換器設(shè)計(jì)是提高SRD系統(tǒng)性能價(jià)格比的關(guān)鍵之一。由于SR電動(dòng)機(jī)工作電壓、電流波形并非正弦波，且波形受系統(tǒng)運(yùn)行條件及電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的制約，變化很大，難以準(zhǔn)確預(yù)料，因此，SR電動(dòng)機(jī)功率變換器的設(shè)計(jì)是與SR電動(dòng)機(jī)、控制器的設(shè)計(jì)密切相關(guān)的。SRD系統(tǒng)的功率變換器主要由主開(kāi)關(guān)器件及其主電路、主開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、穩(wěn)壓電源電路等組成。8.3SRD系統(tǒng)功率變換器功率變換器是S73

最少主開(kāi)關(guān)型主電路最少主開(kāi)關(guān)74SRD功率變換器設(shè)計(jì)實(shí)例1.設(shè)計(jì)依據(jù)與原則給定SRD原始數(shù)據(jù)如下：定轉(zhuǎn)子極數(shù)比：8/6（四相）額定電壓：260V（DC）額定轉(zhuǎn)速：1500r/min額定功率：5.5KW控制方式：變角度電壓PWM斬波控制調(diào)速范圍：50－2000r/minSRD功率變換器設(shè)計(jì)實(shí)例75

系統(tǒng)功率變換器實(shí)用主電路系統(tǒng)功率變換器實(shí)用主電路76驅(qū)動(dòng)集成電路----EXB841應(yīng)用電路驅(qū)動(dòng)集成電路----E778.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器

控制器好比SRD系統(tǒng)的神經(jīng)中樞、大腦，它接收電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、繞組電流信號(hào)、外圍給定信號(hào)，給出電機(jī)每相繞組的通斷信號(hào)，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速等。8.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器控制器好比SRD78控制器框圖控制器框圖79中央處理芯片一般采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)，TMS320LF2XXX系列的DSP為當(dāng)前的主要款型，從上圖這個(gè)典型控制器原理控制可以看出，DSP負(fù)責(zé)判斷轉(zhuǎn)子的位置信息，并綜合各種保護(hù)信號(hào)和給定信息、轉(zhuǎn)速情況，給出相通斷信號(hào),以及產(chǎn)生一路定頻調(diào)寬的PWM信號(hào)以利于使用PWM控制方式。最后通過(guò)邏輯綜合將信號(hào)傳遞給功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，以便通過(guò)主開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)進(jìn)行電機(jī)繞組的通斷控制。中央處理芯片一般采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)，TM80電流限幅電路電流限幅電路81角度位置信號(hào)倍頻電路角度位置信號(hào)倍頻電路82PWM調(diào)理電路PWM調(diào)理電路83PWMPWM1PWM2PWMPWM1PWM284欠壓保護(hù)電路欠壓保護(hù)電路85

GAL邏輯綜合電路GAL邏輯86對(duì)于U1，輸入信號(hào)PHASE1-6為從DSPI/O口輸出的相通斷信號(hào)，它與經(jīng)過(guò)PWM調(diào)理后的PWM1、PWM2，以及限幅電路的輸出CHOPIA、CHOPIB，經(jīng)GAL邏輯綜合，得到六路針對(duì)六只主開(kāi)關(guān)管的通斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其邏輯關(guān)系如下：DRIVE1=PHASE1*PWM2DRIVE2=PWM1*CHOPIA*PHASE2+PWM1*CHOPIB*PHASE2DRIVE3=PHASE3*PWM2DRIVE4=PHASE4*PWM2DRIVE5=PWM1*CHOPIA*PHASE5+PWM1*CHOPIB*PHASE5DRIVE6=PHASE6*PWM2U2分為兩部分，一是S1、S2兩路轉(zhuǎn)子位置信號(hào)經(jīng)過(guò)異或邏輯后產(chǎn)生一路S信號(hào)，如圖8.32，此S信號(hào)再經(jīng)倍頻電路后用于角度位置控制的時(shí)基。二是DSP的兩路輸出引腳，/PS和/DS，他們是外擴(kuò)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片選，他們經(jīng)過(guò)“與”后給外擴(kuò)存儲(chǔ)器的片選引腳。他們的邏輯關(guān)系如下：S=S1*/S2+/S1*S2/CS=/PS*/DS對(duì)于U1，輸入信號(hào)PHASE1-6為從DSPI87SRD系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)按照采用DSP（TMS320F240）C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的方法，增加了程序的可讀性和移植性。對(duì)于本系統(tǒng)而言，控制軟件應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求：1)系統(tǒng)采用模糊控制，輸出為變角度的電壓PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；2)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)雙相繞組同時(shí)通電啟動(dòng)與運(yùn)行；3)能夠接